CN107620030A - 一种电子封装用散热型钨铜涂层材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电子封装用散热型钨铜涂层材料及其制备方法，包括以下质量百分比的组分：钨占70‑90％、铜占10‑28％、铁占0‑1％、钴占0‑0.85％、微量元素占0‑0.15％；微量元素为钯、镍、锡；制备方法包括以下步骤：将按比例配制的涂层粉末混合后，团聚烧结；取无氧铜基体进行机械加工，表面清洗、喷砂；将烧结后的涂层粉末通过等离子喷涂到步骤二后的无氧铜基体上；对等离子喷涂后的无氧铜基体表面进行激光重熔；激光重熔后的无氧铜基体进行机械加工和研磨抛光；在抛光完成后的无氧铜基体上镀Ni/Au层。本发明能够实现材料可调控的热膨胀系数，能够起到隔离缓冲作用，避免损坏芯片，涂层致密度提高，气孔率降低，导热性能增强，涂层与基体之间的结合更加牢固。

Description

一种电子封装用散热型钨铜涂层材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及喷涂技术领域，具体的说是一种电子封装用散热型钨铜涂层材料及其制备方法。

背景技术

散热是电子器件面临的最重要问题之一,高功率LED、激光器、LDMOS等器件成本的60％以上来自封装，而封装技术的关键在于散热材料。随着LED芯片的输入功率不断提高，大耗散功率带来大的发热量及要求高的出光效率对LED的封装材料提出了更新、更高的要求。合理选择和设计高效散热基板材料是提高功率型LED封装散热的重要环节。随着市场上对大功率LED的需求越来越多，钨铜散热片在LED中的使用也越来越多。

但是，目前国内钨铜封装涂层材料厚度较大，比例和材料尺寸不够完全，传统的钨铜材料难以制备高致密度的涂层，存在的气孔含量多，致使导热性能较低，其次，涂层与基体之间的结合不牢固，钨铜涂层和铜基体之间的热膨胀系数相差大，容易引起热应力造成变形甚至开裂，损坏半导体芯片，传统的涂层材料热膨胀系数固定，容易产生较大的热应力造成芯片缺乏可靠性，成本高昂。

发明内容

为了避免和解决上述技术问题，本发明提出了一种电子封装用散热型钨铜涂层材料及其制备方法。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种电子封装用散热型钨铜涂层材料，包括以下质量百分比的组分：

钨占70-90％、铜占10-28％、铁占0-1％、钴占0-0.85％、微量元素占0-0.15％。

所述微量元素为钯、镍、锡。

一种电子封装用散热型钨铜涂层材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

步骤一：将按比例配制的涂层粉末混合后，团聚烧结。

步骤二：取无氧铜基体进行机械加工，表面清洗、喷砂。

步骤三：将烧结后的涂层粉末通过等离子喷涂到步骤二后的无氧铜基体上，形成涂层。

步骤四：对等离子喷涂后的无氧铜基体表面进行激光重熔。

步骤五：激光重熔后的无氧铜基体进行机械加工和研磨抛光。

步骤六：在抛光完成后的无氧铜基体上镀Ni/Au层。

步骤七：质量检验，合格后入库。

所述步骤一中的涂层粉末制作方式为化学法或喷雾法中的任一种。

所述步骤三中的等离子喷涂方式为超音速真空等离子喷涂，所述喷涂的工艺参数包括基体温度、送粉量、燃气压力和流量、电源功率、喷涂距离、喷涂角度、喷涂线速度、主气及送粉气流量。

所述步骤四的激光重熔采用高功率激光设备，高功率激光设备包括固体激光器和光纤激光器。

所述步骤六中的镀Ni/Au层为镀Ni层或镀Ni-Au层中的任一种，所述镀Ni层为厚度2μm的Ni，所述镀Au层为厚度2.5μm的Ni和2.5μm的Au。

所述制备结束后得到的涂层厚度为50-500μm。

本发明中，在钨铜涂层粉末内添加钴能够提高扩散的钨粉和铜粉之间的结合，混杂一定组份的铁能够提高钨骨架的强度，更能发挥活化烧结的作用，锡粉能够实现铜粉和钨粉在雾化时的合金连接，使得制成的钨铜涂层的致密度更高，将含微量合金盐类钯、镍、锡涂于粉末颗粒表面，通过化学反应形成具有均匀结构和高活性的薄层，使粉末表面活性增大能提高钨铜涂层的致密度。

本发明的有益效果是：

本发明采用新的成分配比和制备方法，能够实现材料可调控的热膨胀系数，在半导体芯片与无氧铜之间起到隔离缓冲作用，避免产生过大的热应力损坏芯片，得到的涂层晶粒细小且分布均匀，涂层致密度大大提高，气孔率降低到1％以下，涂层材料的导热性能增强，涂层与基体之间的结合更加牢固。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明涂层的SEM微观结构；

图2为常规涂层的SEM微观结构；

图3为本发明的制备流程图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。

实施例一

如图1至图3所示，一种电子封装用散热型钨铜涂层材料，包括以下质量百分比的组分：钨占70％、铜占28％、铁占1％、钴占0.85％、微量元素占0.15％。

所述微量元素为钯、镍、锡。

一种电子封装用散热型钨铜涂层材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

步骤一：采用化学法的方式制备高纯度钨粉和铜粉的涂层粉末，将按比例配制的涂层粉末混合后，团聚烧结。

步骤二：取无氧铜基体机械加工成所需要的形状大小，然后进行表面清洗、喷砂后。

步骤三：将烧结后的涂层粉末通过超音速真空等离子喷涂到步骤二后的无氧铜基体上，形成涂层，所述等离子喷涂的工艺控制参数包括：基体温度、送粉量、燃气压力和流量、电源功率、喷涂距离、喷涂角度、喷涂线速度、主气及送粉气流量。

步骤四：对等离子喷涂后的无氧铜基体表面，采用高功率激光设备进行激光重熔，所述的高功率激光设备包括固体激光器和光纤激光器。

步骤五：激光重熔后的无氧铜基体进行机械加工和研磨抛光。

步骤六：在抛光完成后的无氧铜基体上镀Ni/Au层。所述镀Ni/Au层为镀Ni层或镀Ni-Au层中的任一种，所述镀Ni层为厚度2μm的Ni，所述镀Ni-Au层为厚度2.5μm的Ni和2.5μm的Au。

步骤七：质量检验，合格后入库。所述工艺结束后得到涂层的厚度为50-500μm。

实施例二

一种电子封装用散热型钨铜涂层材料，包括以下质量百分比的组分：钨占75％、铜占24％、铁占0.50％、钴占0.44％、微量元素占0.06％，所述微量元素为钯、镍、锡。

一种电子封装用散热型钨铜涂层材料的制备方法，同实施例一。

实施例三

一种电子封装用散热型钨铜涂层材料，包括以下质量百分比的组分：钨占80％、铜占19％、铁占0.70％、钴占0.20％、微量元素占0.10％，所述微量元素为钯、镍、锡。

一种电子封装用散热型钨铜涂层材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

步骤一：采用喷雾法的方式制备高纯度钨粉和铜粉的涂层粉末，将按比例配制的涂层粉末混合后，团聚烧结。

其余步骤同实施例一。

实施例四

一种电子封装用散热型钨铜涂层材料，包括以下质量百分比的组分：钨占90％、铜占10％、铁占0％、钴占0％、微量元素占0％，所述微量元素为钯、镍、锡。

一种电子封装用散热型钨铜涂层材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

步骤一：采用喷雾法的方式制备高纯度钨粉和铜粉的涂层粉末，将按比例配制的涂层粉末混合后，团聚烧结。

其余步骤同实施例一。

本发明的钨铜涂层材料与当前技术的对比：

本发明制备得到的钨铜涂层散热材料相比当前技术，涂层材料的导热率得到了大幅度提高，材料的膨胀系数具有较大的可调控性，材料的致密度也增加到高达99.5％，钨铜之间的结合强度大于60MPa。

使用本发明后，制备的钨铜涂层与传统钼铜涂层散热材料的性能对比：

性能方面，与传统技术中的MoCu涂层材料相比，钨铜涂层的密度增加，材料的杨氏模量和维氏硬度也均得到大大提高。

本发明中，在钨铜涂层粉末内添加钴能够提高扩散的钨粉和铜粉之间的结合，混杂一定组份的铁能够提高钨骨架的强度，更能发挥活化烧结的作用，锡粉能够实现铜粉和钨粉在雾化时的合金连接，使得制成的钨铜涂层的致密度更高，将含微量合金盐类钯、镍、锡涂于粉末颗粒表面，通过化学反应形成具有均匀结构和高活性的薄层，使粉末表面活性增大能提高钨铜涂层的致密度。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种电子封装用散热型钨铜涂层材料，其特征在于：包括以下质量百分比的组分：钨占70-90％、铜占10-28％、铁占0-1％、钴占0-0.85％、微量元素占0-0.15％。

2.根据权利要求1所述的一种电子封装用散热型钨铜涂层材料，其特征在于：所述微量元素为钯、镍、锡。

3.根据权利要求1或2所述的一种电子封装用散热型钨铜涂层材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：

步骤一：将按比例配制的涂层粉末混合后，团聚烧结；

步骤二：取无氧铜基体进行机械加工，表面清洗、喷砂；

步骤三：将烧结后的涂层粉末通过等离子喷涂到步骤二后的无氧铜基体上，形成涂层；

步骤四：对等离子喷涂后的无氧铜基体表面进行激光重熔；

步骤五：激光重熔后的无氧铜基体进行机械加工和研磨抛光；

步骤六：在抛光完成后的无氧铜基体上镀Ni/Au层。

4.根据权利要求3所述的一种电子封装用散热型钨铜涂层材料的制备方法，其特征在于：所述步骤一中的涂层粉末制作方式为化学法或喷雾法中的任一种。

5.根据权利要求3所述的一种电子封装用散热型钨铜涂层材料的制备方法，其特征在于：所述步骤三中的等离子喷涂方式为超音速真空等离子喷涂，所述喷涂的工艺参数包括基体温度、送粉量、燃气压力和流量、电源功率、喷涂距离、喷涂角度、喷涂线速度、主气及送粉气流量。

6.根据权利要求3所述的一种电子封装用散热型钨铜涂层材料的制备方法，其特征在于：所述步骤四的激光重熔采用高功率激光设备，高功率激光设备包括固体激光器和光纤激光器。

7.根据权利要求3所述的一种电子封装用散热型钨铜涂层材料的制备方法，其特征在于：所述步骤六中的镀Ni/Au层为镀Ni层或镀Ni-Au层中的任一种，所述镀Ni层为厚度2μm的Ni，所述镀Ni-Au层为厚度2.5μm的Ni和2.5μm的Au。

8.根据权利要求3所述的一种电子封装用散热型钨铜涂层材料的制备方法，其特征在于：所述制备结束后得到的涂层厚度为50-500μm。